Chińskie sztuczne Słońce, czyli tokamak EAST
Zacznijmy od EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak). Chodzi o reaktor termojądrowy, którego głównym zadaniem jest rozwój technologii kontrolowanej fuzji jądrowej. Projekt powstał jako część międzynarodowych badań nad nowym źródłem energii, które w przyszłości mogłoby zastąpić paliwa kopalne oraz klasyczne elektrownie jądrowe oparte na rozszczepieniu atomów. Reaktor znajduje się w mieście Hefei i często określany jest mianem sztucznego Słońca, ponieważ odtwarza procesy zachodzące naturalnie we wnętrzu gwiazd.
Podstawowym założeniem tego eksperymentu jest stworzenie stabilnych warunków do przeprowadzania reakcji syntezy jądrowej. W przeciwieństwie do tradycyjnych elektrowni atomowych, które wykorzystują rozszczepienie ciężkich jąder, fuzja polega na łączeniu lekkich jąder wodoru w hel. Proces ten wymaga ekstremalnie wysokiej temperatury i ciśnienia: plazma osiąga temperatury wielokrotnie wyższe niż jądro Słońca. Ponieważ tak gorąca materia nie może mieć kontaktu ze ściankami reaktora, EAST wykorzystuje zaawansowane nadprzewodzące magnesy do utrzymywania plazmy w stabilnym polu magnetycznym wewnątrz komory w kształcie obwarzanka. Albo torusa, jeśli wolicie bardziej naukową terminologię.
Czytaj też: W Chinach roboty mają już własne dokumenty. Powstaje społeczeństwo rodem z filmów
Głównym celem projektu jest opracowanie technologii, która pozwoli w przyszłości budować komercyjne elektrownie fuzyjne produkujące ogromne ilości energii przy minimalnym wpływie na środowisko. Energia z fuzji jądrowej uznawana jest za potencjalnie bezpieczne, niemal niewyczerpalne i bezemisyjne źródło energii. Dodatkowo reakcje fuzyjne generują znacznie mniej odpadów promieniotwórczych niż obecne elektrownie jądrowe. EAST pełni również funkcję platformy testowej dla międzynarodowego projektu ITER, największego na świecie eksperymentu z zakresu fuzji jądrowej.
W ostatnich latach EAST osiągnął wiele ważnych sukcesów technologicznych. Jednym z największych było utrzymanie plazmy w stanie wysokiego ograniczenia przez rekordowe 1066 sekund, czyli prawie 18 minut. To jeden z najdłuższych czasów utrzymania stabilnej pracy plazmy w historii badań nad fuzją jądrową. Kolejnym przełomem było przekroczenie limitu Greenwalda, czyli teoretycznej granicy gęstości plazmy, która przez wiele lat była uznawana za jedną z głównych barier dla praktycznego wykorzystania energii fuzyjnej. Osiągnięcia te pokazują, że technologia kontrolowanej syntezy jądrowej stopniowo zbliża się do etapu, w którym może stać się realnym źródłem energii przyszłości.
JUNO – chińscy naukowcy w poszukiwaniu cząstek-duchów
JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) również odnosi się do kosmosu, ponieważ stanowi jedno z najważniejszych współczesnych laboratoriów badających neutrina. Są to niezwykle lekkie i trudne do wykrycia cząstki elementarne, nazywane często cząstkami-duchami. Obserwatorium znajduje się około 700 metrów pod ziemią w pobliżu miasta Kaiping. Umieszczenie detektora głęboko pod powierzchnią ma chronić eksperyment przed promieniowaniem kosmicznym i zakłóceniami zewnętrznymi, co pozwala na niezwykle precyzyjne pomiary.
Głównym założeniem projektu JUNO jest lepsze zrozumienie właściwości neutrin oraz ich roli w funkcjonowaniu wszechświata. Naukowcy chcą przede wszystkim rozwiązać problem hierarchii mas neutrin. Innymi słowy, zamierzają ustalić, które z trzech znanych typów neutrin są najlżejsze, a które najcięższe. Choć neutrina należą do najliczniejszych cząstek we wszechświecie, ich masa jest niezwykle mała i nadal nie została dokładnie poznana. Odpowiedź na to pytanie może pomóc w rozwijaniu współczesnej fizyki cząstek elementarnych oraz modeli opisujących ewolucję kosmosu.
Centralnym aspektem eksperymentu jest ogromny detektor składający się z przezroczystej akrylowej kuli wypełnionej 20 tysiącami ton ciekłego scyntylatora – specjalnej substancji emitującej błyski światła podczas kontaktu z neutrinami. Kulę otacza kilkadziesiąt tysięcy niezwykle czułych fotopowielaczy rejestrujących nawet bardzo słabe sygnały świetlne. Dzięki temu JUNO jest obecnie największym i najbardziej czułym detektorem ciekłoscyntylacyjnym na świecie.
Jednym z głównych celów badawczych obserwatorium jest wykrywanie antyneutrin pochodzących z pobliskich elektrowni jądrowych Yangjiang i Taishan. Analiza ich oscylacji, czyli przemian jednego typu neutrina w inny, pozwala naukowcom badać fundamentalne prawa fizyki i dokładniej określić strukturę mas tych cząstek. JUNO ma jednak znacznie szersze zastosowanie niż tylko badania neutrin reaktorowych. Obserwatorium będzie rejestrować również neutrina pochodzące z eksplozji supernowych, procesów radioaktywnych zachodzących we wnętrzu Ziemi (geo-neutrina), atmosfery oraz Słońca. Dzięki temu projekt może dostarczyć cennych informacji zarówno o budowie naszej planety, jak i o najbardziej energetycznych zjawiskach zachodzących we wszechświecie.
Kwantowy wyścig ma nowego lidera. Jiuzhang 4.0 zostawił Zachód daleko w tyle
Jiuzhang to seria chińskich fotonicznych komputerów kwantowych opracowanych przez naukowców z University of Science and Technology of China. Projekt zyskał globalny rozgłos po osiągnięciu supremacji kwantowej, czyli wykonaniu obliczeń praktycznie niemożliwych do przeprowadzenia przez klasyczne superkomputery w rozsądnym czasie. Komputery Jiuzhang należą do najbardziej zaawansowanych systemów kwantowych na świecie i stanowią jeden z najważniejszych kroków w rozwoju technologii obliczeń kwantowych.
W przeciwieństwie do tradycyjnych urządzeń, które przetwarzają informacje za pomocą tranzystorów i bitów przyjmujących wartości 0 lub 1, Jiuzhang wykorzystuje fotony, a więc pojedyncze cząstki światła. System działa w oparciu o zjawiska mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja i interferencja fal świetlnych. Fotony są przesyłane przez niezwykle skomplikowany układ luster, soczewek i rozdzielaczy wiązki, tworząc ogromną liczbę możliwych trajektorii. Następnie komputer analizuje końcowy rozkład światła i generuje wyniki obliczeń.
Maszyna została zaprojektowana głównie do rozwiązywania problemu znanego jako Gaussian Boson Sampling, czyli specjalnego zadania matematycznego polegającego na symulowaniu zachowania dużej liczby fotonów w złożonym układzie optycznym. Dla klasycznych komputerów taki problem staje się praktycznie niewykonalny wraz ze wzrostem liczby fotonów, ponieważ liczba możliwych kombinacji rośnie wykładniczo. Właśnie dlatego Jiuzhang był w stanie wykonać obliczenia w kilka minut, podczas gdy najpotężniejsze superkomputery potrzebowałyby na to miliardów lat.
Czytaj też: Chińczycy wzięli materiał z Księżyca i rzucili go na pustynię. Efekty mają powalić świat
Największą uwagę przyciąga obecnie Jiuzhang 4.0: najnowsza i najbardziej zaawansowana wersja systemu. W porównaniu z wcześniejszymi generacjami znacząco zwiększono liczbę kontrolowanych fotonów oraz złożoność układu optycznego. Komputer potrafi manipulować tysiącami fotonów jednocześnie i wykonywać niezwykle skomplikowane operacje w czasie liczonym w mikrosekundach. Według badaczy wydajność Jiuzhang 4.0 wielokrotnie przewyższa możliwości współczesnych superkomputerów przy określonych zadaniach kwantowych.
Rozwój Jiuzhang 4.0 ma ogromne znaczenie dla przyszłości informatyki i fizyki. Choć obecne komputery kwantowe nie zastąpią jeszcze klasycznych komputerów w codziennych zastosowaniach, pokazują one potencjał do rozwiązywania problemów, które dziś są poza zasięgiem tradycyjnych technologii. W przyszłości podobne systemy mogą znaleźć zastosowanie między innymi w kryptografii, projektowaniu nowych materiałów, symulacjach chemicznych, sztucznej inteligencji czy badaniach farmaceutycznych.
Zabawa w Boga czy konieczny postęp? Molekularne nożyczki CRISPR
A teraz zmieńmy nieco dziedzinę, o której piszę. CRISPR-Cas9 to jedna z najważniejszych technologii współczesnej inżynierii genetycznej, umożliwiająca precyzyjne modyfikowanie DNA organizmów żywych. Chiny należą obecnie do światowych liderów w badaniach nad wykorzystaniem CRISPR zarówno w medycynie, jak i biotechnologii rolniczej. Eksperymenty prowadzone przez chińskie ośrodki naukowe obejmują leczenie chorób nowotworowych, modyfikacje genetyczne zwierząt i roślin, a także kontrowersyjne próby edycji ludzkich embrionów.
Największy rozgłos międzynarodowy wywołał eksperyment przeprowadzony w 2018 roku przez chińskiego biofizyka He Jiankui. Naukowiec ogłosił narodziny bliźniaczek, których DNA zostało zmodyfikowane jeszcze na etapie embrionalnym przy użyciu technologii CRISPR-Cas9. Celem eksperymentu było wyłączenie genu CCR5, aby zapewnić dzieciom odporność na wirusa HIV. Później potwierdzono również narodziny trzeciego genetycznie zmodyfikowanego dziecka. Eksperyment wywołał ogromne kontrowersje etyczne i został potępiony przez społeczność naukową na całym świecie. Krytykowano przede wszystkim brak odpowiednich zabezpieczeń, nieprzewidywalne skutki zmian genetycznych oraz możliwość przekazywania zmodyfikowanego DNA kolejnym pokoleniom. Władze Chin uznały badania za nielegalne, a He Jiankui został skazany na trzy lata więzienia za prowadzenie nieautoryzowanych praktyk medycznych.
Pomimo zakazu edycji genetycznej ludzkiej linii zarodkowej, Chiny nadal intensywnie rozwijają badania nad edycją somatyczną, czyli modyfikowaniem komórek organizmu, które nie są dziedziczone przez potomstwo. Jednym z najważniejszych kierunków badań jest immunoterapia nowotworów. Naukowcy wykorzystują CRISPR do modyfikowania limfocytów T pacjentów w taki sposób, aby skuteczniej rozpoznawały i niszczyły komórki rakowe. Chińskie laboratoria prowadzą także eksperymentalne terapie chorób genetycznych, takich jak anemia sierpowata czy dystrofia mięśniowa, próbując naprawiać uszkodzone fragmenty DNA odpowiedzialne za rozwój tych schorzeń.
Technologia CRISPR znajduje w Chinach szerokie zastosowanie również poza medycyną. Państwo intensywnie inwestuje w rozwój biotechnologii rolniczej, wykorzystując edycję genów do tworzenia bardziej odpornych odmian roślin uprawnych. Badania koncentrują się między innymi na zwiększaniu wydajności plonów, odporności na suszę, choroby oraz ekstremalne warunki klimatyczne. Dzięki CRISPR możliwe jest szybsze i bardziej precyzyjne uzyskiwanie pożądanych cech niż przy użyciu tradycyjnych metod hodowlanych.
Kolejnym ważnym obszarem badań są eksperymenty na zwierzętach hodowlanych. Chińscy naukowcy wykorzystują CRISPR do modyfikowania genów świń w celu rozwoju ksenotransplantacji, czyli przeszczepiania narządów zwierzęcych ludziom. Badacze starają się eliminować geny odpowiedzialne za reakcje odrzucenia przeszczepu oraz ryzyko przenoszenia chorób międzygatunkowych. Tego typu eksperymenty to potencjalne rozwiązanie problemu niedoboru narządów do transplantacji, ale w ogólnym rozrachunku nietrudno dostrzec szerokie kontrowersje z nimi związane.
Cios dla ISS. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna ma konkurencję w postaci Tiangong
Przez długie lata eksperymenty prowadzone w przestrzeni kosmicznej odbywały się przede wszystkim na pokładzie słynnej ISS, ale Chińczycy położyli temu kres wraz z rozmieszczeniem Tiangong. Ta modularna stacja kosmiczna znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej i jest według mnie najważniejszym elementem chińskiego programu załogowych lotów kosmicznych. Ma ona zapewnić Chinom długoterminową, niezależną obecność człowieka w przestrzeni kosmicznej.
Założeniem programu Tiangong było stopniowe zdobywanie doświadczenia w zakresie długotrwałych misji załogowych, dokowania statków kosmicznych, autonomicznego funkcjonowania stacji orbitalnej oraz technologii potrzebnych do przyszłych misji na Księżyc i Marsa. Program rozwijano etapami: od małych laboratoriów orbitalnych Tiangong-1 i Tiangong-2 aż po pełnowymiarową stację modułową. Pierwsze eksperymentalne moduły pozwoliły Chinom przetestować systemy podtrzymywania życia, manewry dokowania oraz długoterminowy pobyt astronautów w kosmosie.
Budowa obecnej stacji rozpoczęła się w 2021 roku od wyniesienia modułu centralnego Tianhe. W 2022 roku dołączono dwa kolejne moduły laboratoryjne – Wentian i Mengtian – tworząc charakterystyczną konstrukcję w kształcie litery T. Stacja orbituje na wysokości około 340-450 kilometrów nad Ziemią i jest stale zamieszkana przez trzyosobowe załogi astronautów, z możliwością rozszerzenia do sześciu osób podczas wymiany załóg.
Czytaj też: Mech z Gundama stał się rzeczywistością. Chiński gigant robotyki oferuje 2,7 metrową maszynę do kupienia
Jednym z głównych celów Tiangong jest prowadzenie badań naukowych w warunkach mikrograwitacji. Stacja posiada ponad 20 specjalistycznych stanowisk badawczych przeznaczonych do eksperymentów z zakresu biologii, fizyki, materiałoznawstwa i technologii kosmicznych. Naukowcy badają między innymi wpływ długotrwałego pobytu w kosmosie na organizm człowieka, rozwój roślin w mikrograwitacji oraz zachowanie płynów i materiałów w warunkach nieważkości. Na stacji prowadzono już eksperymenty związane z hodowlą ryżu i rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana), które mają pomóc w opracowaniu systemów produkcji żywności dla przyszłych misji międzyplanetarnych.
Dużą część badań stanowią eksperymenty z fizyki oraz inżynierii materiałowej. Na pokładzie znajdują się urządzenia do badania spalania w mikrograwitacji, zachowania cieczy, stopów metali oraz materiałów półprzewodnikowych. Stacja umożliwia również prowadzenie bardzo precyzyjnych eksperymentów z zakresu fizyki fundamentalnej, takich jak badania zimnych atomów czy pomiary czasu i częstotliwości z niezwykle dużą dokładnością.
Tiangong pełni także funkcję platformy testowej dla technologii potrzebnych do eksploracji głębokiego kosmosu. Astronauci testują systemy podtrzymywania życia, robotykę kosmiczną, technologie autonomicznej obsługi stacji oraz nowe skafandry i pojazdy zaopatrzeniowe. Regularnie odbywają się również spacery kosmiczne służące montażowi i konserwacji infrastruktury orbitalnej. Misje transportowe Tianzhou dostarczają paliwo, żywność i aparaturę badawczą. W 2026 roku statek Tianzhou 10 dostarczył niemal siedem ton zaopatrzenia i materiałów eksperymentalnych. Jak widać, Chińczycy działają z ogromnym rozmachem.
